Тема 12. Шаблоны функций и классов. 128

12.1 Шаблоны функций 128

12.2. Шаблоны классов 132

12.3. Размещение определений шаблонов в многомодульных программах 135

12.4. Полиморфные вектора 135

ТЕМА 13. ВИДИМОСТЬ ЭЛЕМЕНТОВ В С++.СТАТИЧЕСКАЯ И СВОБОДНАЯ ПАМЯТЬ(2 часа). 137

13.1 Область видимости 137

13.1.1. Локальная область видимости 138

13.2. Глобальные объекты и функции 141

13.2.1. Объявления и определения 141

13.2.2. Несколько слов о заголовочных файлах 143

13.3. Локальные объекты 144

13.3.1. Автоматические объекты 144

13.3.2. Регистровые автоматические объекты 144

13.3.3. Статические локальные объекты 144

13.4. Динамически размещаемые объекты 146

13.4.1. Динамическое создание и уничтожение единичных объектов 146

13.5. Определения пространства имен А 148

Тема 14. Применение оо-подхода в базах данных 148

14.1. Реляционные базы данных 148

14.2 Объектно-ориентированные базы данных (ООБД) 148

14.3. Гибридные базы данных 149

Рекомендуемая литература 150

Тема 1.Понятие технологии программирования (2 часа).

Предмет изучения ООП. Исторический экскурс. Основные технологии программирвания.

1.1. Предмет изучения курса ооп

Курс "Объектно-ориентированное программирование" направлен, прежде всего, на изучение и освоение навыков проектирования программ с использованием удобных механизмов, фиксирущих поведение реального мира так, что деталии разработки скрыты, что позволяет разработчику мыслить в терминах, приcущих этой конкретной задаче, а не программированию.

В рамках курса предусматривается изучение и практическое закрепление навыков разработки программ средствами компилятора Turbo C++ или (Borland C++). С++ относится к классу гибридных объектно-ориентированных языков и позволяет:

- достичь приемлемой эффективности результирующих программ;

- обеспечить совместимость с уже написанными прикладными программами;

- сохранить огромный опыт действующих программистов;

- обеспечить эволюционных переход к использованию концепций ООП.

1.2. Исторический экскурс

Начало бурного развития идей ООП обычно связывают с появлением в начале 80-х годов системы Smaltalk-80, разработанной в научно-исследовательском центре PARC фирмы Xerox, которая является "чистой" объектно-ориентированной системой. Сегодня ООП признается практически всеми как наиболее передовая технология программирования.В начале 80-х годов Бьян Страуступ предложил расширение языка С, которое включало средства поддержки идей ООП ("С с классами"), в 1983 г. в результате интенсивных исследований этот язык приобрел законченную форму объектно-ориентированного языка программирования и получил название С++.

Концепция ООП является естественным следствием развития технологий программированияи опирается на такие фундаментальные понятия какструктурность, модульную локализацию данных и абстрактные типы данных.

1.3. Основные технологии программирования

Под технологией (техно - искусство; логос - учение) программированияпонимается наука об оптимальных способах проведения процесса программирования, которая обеспечивает в заданных условиях получение программной продукции с заданными свойствами.

Первые работы по технологии программирования инициализируются в 1968 г. письмом Дейкстры (одного из авторов концепции структурного программирования), в котором он обратил внимание на то, что опытные программисты избегают использовать оператор goto в своих программах, а строят их как композицию трех-четырех операторов: присвоения, выбора, повторения, обращения к процедуре и так далее. Это небольшое письмо послужило началом целой эпохи в программировании, которая позже получила названиеструктурного программирования.

Структурные принципы построения программ были сформулированы в фундаментальных работах В.М.Глушкова по теории дискретных превращений (1964-1965гг.), в которых он не только определил основные структуры и правила их композиции, но и доказал фундаментальную теорему о возможности превращения произвольной программы в структурированную форму.

В структурном (или процедурном) программированиипрограммист мыслит как конструктор, в распоряжении которого есть некоторые небольшие полностью определенные типичные конструкции (структуры), правила соединения которых, заданы априори - сочленение, вложение друг в друга, разложение на составляющие. Структура - это или оператор языка программирования, или некоторая абстракция по управлению. Основной конструкцией структурного программирования является ветвление (или альтернатива):

if B then S1 else S2 endif

Характерно также использование операторов цикла: while B do Sилиrepeat S until B.

Акцент здесь делается на алгоритме, необходимом для выполнения требуемых вычислений.

Языки поддерживают эту парадигму, предоставляя средства для передачи аргументов функциям и возврату значений из функций.

При этом существуют две стратегии проектирования больших программ:

1) Стратегия проектирования сверху вниззаключается в том, что построение программного проекта начинается сверху с самых общих сведений о проекте и проводится по уровням шагами вниз до окончательной записи программы на языках программирования. На каждом уровне проектирования стратегия сверху вниз имеет в виду скомпонованность и готовность отдельных модулей (или "заглушек") и всей программы. «Заглушка» - маленькая функция, принимающая параметры реальной большой функции и возвращающая необходимые значения (необходима до тех пор, пока не будет написана и отлажена реальная функция).

Такая стратегия позволяет получить логически стройные программные проекты, существенно уменьшить сложность их налаживания и, главное, вносить изменения в реализацию отдельных частей проекта (в части алгоритма реализации, языка программирования и др.) без нарушения работоспособности остальных частей проекта.

2) Стратегия проектирования снизу вверхзаключается в том, что за основу берутся уже готовые программные модули, из которых строятся другие, более сложные или отсутствующие в начальном наборе, таким образом, чтобы в итоге выполнилось поставленное задание.Недостаткомэтой стратегии является то, что логически стройная программная система выходит лишь в результате нескольких итераций. Использование такой стратегии бывает оправданно лишь при наличии большого процента ранее заготовленных программных модулей.

При разработке модульных программ применяются два метода проектирования – нисходящее и восходящее. При нисходящем проектировании разработка программного комплекса идет сверху вниз.

На первом этапе разработки кодируется, тестируется и отлаживается головной модуль, который отвечает за логику работы всего программного комплекса. Остальные модули заменяются заглушками, имитирующими работу этих модулей. Применение заглушек необходимо для того, чтобы на самом раннем этапе проектирования можно было проверить работоспособность головного модуля. На последних этапах проектирования все заглушки постепенно заменяются рабочими модулями.

При восходящем проектировании разработка идет снизу вверх. На первом этапе разрабатываются модули самого низкого уровня. На следующем этапе к ним подключаются модули более высокого уровня и проверяется их работоспособность. На завершающем этапе проектирования разрабатывается головной модуль, отвечающий за логику работы всего программного комплекса. Методы нисходящего и восходящего программирования имеют свои преимущества и недостатки.

Недостатки нисходящего проектирования:

Необходимость заглушек.

До самого последнего этапа проектирования неясен размер программного комплекса и его эксплутационные характеристики, за которые, как правило, отвечают модули самого низкого уровня.

Преимущество нисходящего проектирования – на самом начальном этапе проектирования отлаживается головной модуль (логика программы).

Преимущество восходящего программирования – не нужно писать заглушки.

Недостаток восходящего программирования – головной модуль разрабатывается на завершающем этапе проектирования, что порой приводит к необходимости дорабатывать модули более низких уровней.

На практике применяются оба метода. Метод нисходящего проектирования чаще всего применяется при разработке нового программного комплекса, а метод восходящего проектирования – при модификации уже существующего комплекса.

Наибольшее распространение до конца 70-х годов получило структурное проектирование по методу сверху вниз. Однако "оказалось, что структурный подход не работает, если объем программы превышает приблизительно 100 000 строк".

С течением времени акцент при разработке программ сместился от проектирования процедур в сторону организации данных. Помимо прочего это явилось отражением факта увеличения размеров программ. Набор связанных процедур, вместе с данными, которые они обрабатывают, часто называетсямодулем. Парадигмой программирования теперь становится:

Реши, какие требуются модули. Разбей программу так, чтобы скрыть данные в модулях.

Эта парадигма известна, как «принцип сокрытия данных». А принцип построения программ – модульным программированием.

В модульном программированииакцент делается на разбивку программы на модули так, чтобы данные (обрабатываемые модулем) были спрятаны в нем. Эта доктрина в значительной степени повысила эффективность порождаемого кода.

Давайте вспомним, каким образом подключаются стандартные библиотеки С++:

#include < .h>

- в библиотеке includeлежат только прототипы функций, сами функции в объектном (двоичном) коде находятся в библиотеке lib, таким образом, будучи защищены от вторжения извне.

Эволюция техники модульного программирования привела к появлению объектно-ориентированногостиля программирования, который во многом унифицировал процесс создания программных продуктов. Одной из причин появления ООП явилась необходимость зщиты данных.

Объектно - ориентированное программирование - это подход, в основе которого лежит представление о том, что программную систему необходимо проектировать как совокупность объектов, которые взаимодействуют друг с другом, рассматривая каждый объект как экземпляр определенного класса, причем классы при этом образуют иерархию. ООП отображает топологию таких языков высокого уровня, как Smaltalk, Pascal, C++ и Ада.

Ключевой идеейООП является создание языковых средств, которые на базе концепции абстрактных типов данных позволяют создавать новые классы программных объектов, образующих вычислительную среду, ориентированную на конкретную предметную область. При этом любая абстракция предметной области должна быть доступна для понимания пользователя – спецалиста любой области (не программиста), например, произведение векторов, записанное в виде:

С=A*B будет более понятным, чем C=A.mul(B).

Естественный способ моделирования предметной отрасли- это выделение в ней классов (типов) объектов, которые владеют с точки зрения разрешимой задачи одинаковыми свойствами и поведением и установления между такими классами объектов родовых соотношений. При использовании ООП программист строит прикладную программу путем определения (программным путем) классов объектов, состав, свойства и поведение которых отвечают модели предметной облласти. При этом общность их свойств отображается формированием иерархии родовых связей. Таким образом, ОО-программу можно рассматривать как особенную модель предметной отрасли.

Парадигма программирования теперь звучит так:

Реши, какие требуются классы; обеспечь полный набор операций для каждого класса; ясно вырази общность через наследование.